Kortikale Mikrostruktur & Altern (CM-Age)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir leben in einer alternden Gesellschaft: Das deutsche Durchschnittsalter liegt bei 46 Jahren - 15 Jahre über dem internationalen Durchschnitt - und ein deutscher Staatsbürger hat eine Lebenserwartung von etwa 80 Jahren. Motorische, sensorische und kognitive Fähigkeiten nehmen bereits früh ab, etwa ab dem 40. Lebensjahr, und die Abnahme kann schnell fortschreiten. Das Projekt “Kortikale Mikrostruktur und Altern” (CM-Age) verwendete 7 Tesla Magnetresonanztomographie (MRT), schichtspezifische Analysen des Kortex und Messungen des Verhaltens, um die neuronalen Mechanismen zu verstehen, die menschlicher Gehirnalterung zu Grunde liegen. Hierfür wurde der primäre somatosensorische Kortex (SI) als Modellsysteme genutzt. Die erste Frage, die von CM-Age beantwortet wurde, ist, ob Degeneration der neu entdeckten Septen in SI zu altersbezogenem Funktionsverlust in Sensorik und Motorik beitragen. Dies konnte nicht nachgewiesen werden, da sich keine Veränderungen der Septen im gesunden Alter zeigen ließen und die Ausprägung der Septen war auch nicht an sensorischen Input gekoppelt. Entscheidenderweise konnten wir jedoch zeigen, dass Septen in Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose (ALS) eine besondere Vulnerabilität aufweisen und vermutlich zur Krankheitsausbreitung beitragen. Dies sollte zukünftige Forschung über die Beteiligung von Septen in neurodegenerativen Erkrankungen motivieren. Die zweite Frage, die von CM-Age beantwortet wurde, ist, welche funktionellen Eigenschaften eine alternde sensorische Karte in SI aufweist. Diesbezüglich konnte von CM-Age zunächst nachgewiesen werden, dass ein oft verwendetes Modell, welches dysfunktionale Eigenschaften sensorischer Karten beschreibt, das ‘De-differenzierungs-Modell’ die Veränderungen nicht ausreichend widerspiegelt. CM-Age führte daher eine zweite, umfassendere Studie zu diesem Thema durch, in der schichtspezifische Analysen der Kortexstruktur mit schichtspezifischen Analysen der Kortexfunktion und Verhaltensmessungen von jüngeren und älteren Proband/innen verbunden wurden mit Untersuchungen jüngerer und älterer Mäuse mit Hilfe von 2-Photon Calcium Imaging und Histologie. Mit Hilfe dieser Daten konnte CM-Age ein neues Modell des alternden sensorischen Kortex entwickeln, mit den folgenden Eigenschaften: (1) Die oberen Schichten von SI sind im Alter stabil, (2) Schicht IV von SI ist im Alter ausgeprägter, welches ein stärkeres sensorisches Eingangssignal zur Folge hat, (3) Die tiefen Schichten von SI sind im Alter dünner aber stärker myelinisiert, welches vermutlich altersbedingte Veränderungen im Gleichgewicht der Erregungshemmung bedingt. CM-Age zeigt auf, dass schichtspezifische Plastizitätsparadigmen entwickelt werden müssen, insbesondere solche, die die Tiefen und mittleren Schichten von SI ansprechen, um altersbedingten Veränderungen im sensorischen Kortex begegnen zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The organizational principles of de-differentiated topographic maps - Data. Dryad Digital Repository
Liu P.; Chrysidou A.; Doehler J.; Wolbers T. & Kuehn E.
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Aging Myeloarchitecture of Large-Scale Body-Part Representations in M1 at 7T-MRI. 27th Annual Meeting of Organization for Human Brain Mapping (OHBM), Virtual Meeting.
Northall, A.; Doehler, J.; Tellez, I.; Weber, M.; Schreiber, S. & Kuehn, E.
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Functional Mechanisms of Aging in S1 using Bayesian Population Receptive Field Mapping at 7T MRI. 27th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping (OHBM).
Liu, P.; Doehler, J.; Wolbers, T. & Kuehn, E.
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Functional Mechanisms of Aging in S1 using Bayesian Population Receptive Field Mapping at 7T MRI. Brain In Depth (BID) Symposium.
Liu, P.; Doehler, J.; Wolbers, T. & Kuehn, E.
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Layer-Specific Myeloarchitecture of Human S1 Hand Area in Younger and Older Adults at 7T-MRI. 27th Annual Meeting of Organization for Human Brain Mapping (OHBM), Virtual Meeting.
Doehler, J.; Northall, A.; Bazin, P.-L.; Hänelt, D.; Villringer, A.; Wolbers, T. & Kuehn, E.
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Layer-specific myeloarchitecture of human S1 hand area in younger and older adults at 7T-MRI. Brain In Depth (BID) Conference, Virtual Meeting.
Doehler, J.; Northall, A.; Fracasso, A.; Lohmann, A.; Bazin, P.-L.; Wolbers, T. & Kuehn, E.
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The fine-grained inhibitory functional architecture of neighboring representations in primary somatosensory cortex of humans and mice. Society for Neuroscience (SfN).
Liu, P.; Henschke, J.U.; Stoll, S.; Doehler, J.; Schwarzkopf, D.S.; Pakan, J.M.P. & Kuehn, E.
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Layer-specific vulnerability is a mechanism of topographic map aging. Neurobiology of Aging, 128, 17-32.
Northall, Alicia; Doehler, Juliane; Weber, Miriam; Vielhaber, Stefan; Schreiber, Stefanie & Kuehn, Esther
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Multimodal layer modelling reveals in vivo pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Brain, 147(3), 1087-1099.
Northall, Alicia; Doehler, Juliane; Weber, Miriam; Tellez, Igor; Petri, Susanne; Prudlo, Johannes; Vielhaber, Stefan; Schreiber, Stefanie & Kuehn, Esther
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Reduced dimension stimulus decoding and column-based modeling reveal architectural differences of primary somatosensory finger maps between younger and older adults. NeuroImage, 283, 120430.
Kalyani, Avinash; Contier, Oliver; Klemm, Lisa; Azañon, Elena; Schreiber, Stefanie; Speck, Oliver; Reichert, Christoph & Kuehn, Esther
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The 3D Structural Architecture of the Human Hand Area Is Nontopographic. The Journal of Neuroscience, 43(19), 3456-3476.
Doehler, Juliane; Northall, Alicia; Liu, Peng; Fracasso, Alessio; Chrysidou, Anastasia; Speck, Oliver; Lohmann, Gabriele; Wolbers, Thomas & Kuehn, Esther
